211service.com
Neveras ecológicas
Los refrigeradores y refrigeradores modernos pueden no causar agujeros en la capa de ozono como sus contrapartes anteriores a 1994, pero aún usan gases de efecto invernadero que están calentando el planeta. Sus compresores también consumen mucha energía: los acondicionadores de aire y refrigeradores consumieron alrededor de 340 mil millones de kilovatios hora en 2005, casi el 30 por ciento de la energía total utilizada en los hogares de EE. UU.
Herramienta genial: Esta versión preliminar de una nevera magnética de bajo consumo muestra un imán de 1,2 tesla en forma de anillo. El imán puede abarcar un cilindro móvil que contiene materiales que se calientan en presencia de un campo magnético y se enfrían cuando se elimina el campo. A medida que se enfría, el material absorbe el calor de su entorno.
Los investigadores del Laboratorio Nacional Risoe, en Roskilde, Dinamarca, están ahora un paso más cerca de construir un sistema de enfriamiento magnético que promete neveras energéticamente eficientes, ecológicas y completamente silenciosas. Las temperaturas en los frigoríficos convencionales oscilan entre –20 y 20 ºC. Alcanzar este intervalo de temperatura de 40 ºC es uno de los desafíos más importantes de la refrigeración magnética. Los investigadores daneses han construido un frigorífico que puede variar la temperatura en casi 9 ºC.
Este es un paso importante hacia la práctica de rangos de temperatura de 40 ºC, dice Nini Pryds , científico senior de Risoe que dirige el trabajo. El equipo de investigación ahora está trabajando con Danfoss , uno de los mayores fabricantes de compresores del mundo, para construir un prototipo comercial; la compañía dice que debería estar listo para 2010.
La tecnología de enfriamiento magnético explota materiales que se calientan cuando se exponen a un campo magnético y se enfrían cuando se elimina el campo magnético. A medida que el material se enfría, extrae el calor de su entorno. Cuanto mayor sea la diferencia entre las temperaturas más calientes y más frías logradas bajo la influencia de un campo magnético, mejor se enfriará el material.
Los refrigeradores magnéticos se han utilizado durante años en los laboratorios para temperaturas criogénicas de decenas de grados bajo cero. En 1995, Ames Laboratory, en Iowa, demostró el primer refrigerador magnético que enfría el contenido en un ambiente a temperatura ambiente. La empresa utilizó el gadolinio metálico.
Desde entonces, los investigadores han encontrado muchos otros materiales que funcionan a temperatura ambiente. El problema es que los cambios de temperatura en todas estas sustancias son solo de unos pocos grados. Lograr un gran cambio de temperatura es fácil si usa un imán superconductor, dice Pryds. Pero los imanes superconductores son grandes y requieren enfriamiento, lo que los hace poco prácticos para los electrodomésticos cotidianos, como refrigeradores y aires acondicionados domésticos. Para estas aplicaciones, dice, el único camino a seguir es un imán permanente. Idealmente, debería ser un imán pequeño y económico con un campo de menos de un tesla.
Obtener grandes intervalos de temperatura con un imán permanente requiere una ingeniería inteligente. Por lo general, significa usar líquidos refrigerantes como agua. El material, con agua circulando a su alrededor, se coloca alternativamente dentro y fuera de un campo magnético. Cuando está en el campo, se calienta. El agua en circulación extrae calor del material y lo transfiere a un disipador de calor. Luego se elimina el campo magnético y el material, que ya estaba siendo enfriado por el agua, se enfría aún más. A medida que se enfría, absorbe el calor del agua, lo que la enfría lo suficiente como para usarla como refrigerador. Este ciclo frío-calor se repite una y otra vez.
Poner las diferentes piezas —material, imanes, refrigeración líquida— juntas en un práctico refrigerador magnético es difícil. Los investigadores deben diseñar un sistema que obtenga al menos un cambio de temperatura de 40 ºC y suficiente potencia de enfriamiento (los frigoríficos actualmente tienen potencias de hasta 150 vatios) utilizando un imán permanente con un campo magnético de menos de un tesla. Eso requiere un delicado equilibrio entre los parámetros del sistema. Por ejemplo, a medida que los investigadores amplían el intervalo de temperatura, es posible que disminuya la potencia de refrigeración o que el sistema necesite más energía. Es una pesadilla de la ingeniería, dice el investigador del laboratorio Ames Karl Gschneidner , pionero en refrigeración magnética.
Pero las recompensas serán muchas. Los refrigeradores magnéticos serán mucho más eficientes energéticamente que los refrigeradores convencionales porque solo necesitan energía para hacer circular el agua. El consumo de energía de los refrigeradores magnéticos [debería] ser hasta un 60 por ciento más bajo que el de la refrigeración tradicional, dice Pryds. Además, a diferencia de los frigoríficos convencionales, los sistemas magnéticos no necesitan refrigerantes como los hidrofluorocarbonos, que son potentes gases de efecto invernadero.
Pryds confía en que el trabajo de su grupo conducirá a refrigeradores magnéticos comerciales. Al igual que otros equipos de investigación, el grupo Risoe está utilizando el diseño de refrigeración por agua. Pero mientras que la mayoría de los equipos de investigación utilizan gadolinio en polvo, los investigadores daneses utilizan placas hechas de un material cerámico que contiene lantano, estroncio, calcio y manganeso. Pryds dice que las cerámicas son químicamente estables; no se corroen en fluidos corrosivos como el agua. Las placas de cerámica también deberían ser más fáciles de fabricar a gran escala. La combinación de material cerámico y el diseño final del refrigerador de los investigadores, que aún no es público, podría conducir a un éxito práctico, dice.
Sin embargo, los investigadores se enfrentan a competidores duros. Los investigadores del Laboratorio Ames, en colaboración con Aeronautics Corporation of America, con sede en Milwaukee, han creado sistemas con rangos de temperatura de 25 ºC y 95 vatios de potencia de refrigeración utilizando imanes de 1,5 tesla. Andrew Rowe y sus colegas de la Universidad de Victoria, en Canadá, han fabricado sistemas de enfriamiento de 15 vatios con rangos de temperatura de 30 ºC. Mientras tanto, los investigadores de Chubu Electric Power y Toshiba, en Japón, han bajado a aproximadamente 0,8 teslas para obtener un intervalo de 10 ºC.
Las cosas están mejorando, dice Gschneidner, y en otros 5 a 10 años, los refrigeradores magnéticos deberían estar en el mercado. Muchos grupos de investigación están trabajando ahora en refrigeradores magnéticos, haciendo mejores materiales y proponiendo mejores diseños de sistemas. Además, agrega Rowe, los imanes permanentes son cada vez más pequeños y más baratos. Los principios básicos se han mostrado y demostrado, dice. Trabajos de refrigeración magnética. Ahora necesitamos pensar con detenimiento [y] buenos diseños y, con suerte, estas cosas se unirán.